Vườn Quốc gia Phou Khao Khouay là một trong số 24 Vườn Quốc gia, khu bảo tồn có tính đa dạng sinh học cao của Cộng hòa Dân chủ Nhân dân Lào. Thành phần loài cây cao và lớp cây tái sinh tại khu rừng tự nhiện huyện Thaphabat gồm 76 loài thuộc 42 họ. Họ có số loài cao nhất là họ Dầu (Dipterocarpaceae), có 9 loài, họ Đậu (Fabaceae) có 5 loài và họ Cà phê (Rubiaceae) có 4 loài. Loài có số lượng cá thể cao nhất là loài Hydnocarpus ilicifolia, Hopea spp và họ có số lượng cá thể cao nhất là họ Cà phê (Rubiaceae) và họ Dầu (Dipterocarpaceae). Chỉ số đa dạng sinh học tương đối cao, mức độ phong phú loài từ 2,07 đến 2,95, chỉ số đa dạng loài từ 1,43 đến 1,62, mức độ chiếm ưu thế loài từ 0,93 đến 0,97. Loài cây có đường kính (D1.3) và chiều cao vút ngọn cao nhất thuộc họ Dầu (Dipterocarpaceae). Hệ số tương đồng thành phần loài giữa tầng cây cao so với lớp cây tái sinh trên 4 trạng thái khá cao, trạng thái rừng trung bình đạt mức độ tương đồng cao nhất (76,58%), trạng thái rừng nghèo kiệt mức độ tương đồng thấp nhất (47,66%).